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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Schmelzen, insbesondere Schlackenschmelzen, mit einem Schlackentundish mit einer Auslauföffnung, in welche eine Lanze für einen Treibstrahl mündet und an welche eine Kühlkammer angeschlossen ist, wobei im Bereich der Düsenmündung der Lanze für den Treibstrahl ein Leitkörper angeordnet ist, welcher den Treibstrahl in radialer Richtung auslenkt.
Einrichtungen der eingangs genannten Art können zum Zerstäuben und Granulieren von Schlacken, wie z. B. Hochofenschlacken, Stahlschlacken, Konverterschlacken, LD-Schlacken, Tonerde-Schmelz-Zementen oder Elektroofenschlacken sowie zum Sprühzerstäuben von Metallschmelzen eingesetzt werden, wobei besonders kleine Tröpfengrössen realisiert werden können und gleichzeitig im Falle von Schlacken eine rasche Abkühlung und damit ein Verglasen der Schlacken bewirkt werden kann. Beim Einsatz von Schlackenschmelzen kann ein nachfolgendes Mahlen von feinstkörnig erstarrten und verglasten Partikeln für den Einsatz als hydraulische Bindemittel entbehrlich werden.
Die Treibfluidlanze kann in bekannter Weise mit Dampf, Treibgas oder auch Flüssigkeiten betrieben werden, wobei im Falle der Verwendung von Dampf bei entsprechender Geometrie der Auslassöffnung der Lanze und entsprechendem Druck die Strömungsbedingungen so eingestellt werden können, dass das Treibfluid mit Schallgeschwindigkeit aus der Treiblanzendüse austritt und in der Folge im Bereich der als Lavaldüse ausgebildeten Auslassöffnung rasch expandiert, wobei in diesem Bereich sogar Überschallgeschwindigkeiten erreicht werden.
Aufgrund der in weiten Grenzen veränderlichen Strömungsbedingungen kann es hiebei auch zu Druckstö- #en in einem unterexpandierten Freistrahl kommen, wobei eine optimale Zerkleinerungswirkung naturgemäss nur dann garantiert werden kann, wenn eine homogene Dicke des austretenden Schlackenstrahles im Bereich der Austrittsöffnung gewährleistet werden kann.
In der Regel wurde bei derartigen Zerstäuber-Vorrichtungen der Treibstrahl im wesentlichen in axialer Richtung eingestossen. Die Zerkleinerungskräfte gelangen bei derartigen Ausbildungen prinzipiell als Scherkräfte zur Wirkung, wobei ein im wesentlichen axial gerichteter Treibstrahl mit entsprechender Viskosität nach seiner Expansion im Inneren des diesen Treibstrahl konzentrisch umgebenden Mantels der flüssigen Schlacke eine Beschleunigung und damit entsprechende Scherkräfte induziert. Da die Scherkräfte im wesentlichen aufgrund der axialen Beschleunigung zur Wirkung kommen, war aber auch bei diesen Ausbildungen der Treibmediumverbrauch relativ hoch und die gesamte Bauhöhe der Einrichtung relativ gross.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen im Bereich der Düsenmündung der Lanze für den Treibstrahl einen Leitkörper anzuordnen, welcher den Treibstrahl in radialer Richtung auslenkt. Dadurch gelang es den Treibstrahl aus der im wesentlichen axialen Richtung in eine mehr oder minder radiale Richtung auszulenken, wodurch die freie Wegstrecke bis zum Auftreffen auf den Schlackenmantel wesentlich verringert wird.
Bei all den bekannten Vorrichtungen ist an die Auslauföffnung des Schlackentundish eine Expansions- bzw. Kühlkammer angeschlossen, in welcher die zerstäubten Schlackenpartikel abgekühlt werden und aus welcher das erstarrte Mikrogranulat über einen Sichter ausgetragen werden kann. Aufgrund der Strömungsverhältnisse innerhalb der Kühlkammer wurden bei den bekannten Vorrichtungen jedoch Wirbelströmungen beobachtet, welche vor allem im Bereich der Düsenmündung der Treibgaslanze unerwünschte Effekte hervorrufen. Derartige Rückströmungen verschlechtern insbesondere die Zerkleinerungsleistung und führen zu Turbulenzen, welche die präzise Einstellung der Zerstäubungsparameter erschweren, sodass die Effizienz der Zerkleinerung herabgesetzt wird.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die oben genannten Rückströmungseffekte vermieden werden, sodass eine effizientere Zerkleinerung möglich wird. Gleichzeitig soll das Austragen des erstarrten Mikrogranulates erleichtert werden und die Bauhöhe der gesamten Einrichtung minimiert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemässe Vorrichtung im wesentlichen darin, dass die Kühlkammer von einer die Auslauföffnung umgebenden, sich vom Leitkörper ausgehend radial auswärts erstreckenden Ringkammer gebildet ist und dass die Ringkammer mit einem Austragskanal verbunden ist. Dadurch, dass nun die Kühlkammer flachbauend mit geringer axialer Höhe ausgebildet ist und von einer die Auslauföffnung des Schlackentundish umgebenden sich vom Leitkörper ausgehend radial auswärts erstreckenden Ringkammer gebildet ist, wird die Möglichkeit geschaffen, den aus dem Schlackentundish ausfliessenden Schmelzenmantel mit dem durch den Leitkörper radial ausgelenkten Treibstrahl ringsum in radialer Richtung zu zerstäuben.
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Auf diese Art und Weise erfolgt die Zerstäubung und die Expansion der Schmelze im wesentlichen in einer Radialebene, wobei der Durchmesser des Schmelzemantels dem Innendurchmesser der Ringkammer entspricht und die zerstäubte Schmelze ausgehend von diesem Ringkammerinnendurchmesser nach aussen hin expandiert. Dabei begünstigt die sich in Expansionsrichtung der Schmelzetröpfchen erweiternde Ringkammer die Strömungsverhältnisse, sodass störende Rückströmungen bzw. Wirbelströme wirksam verhindert werden können. Bevorzugt kann die Ringkammer auch mit einer nach aussen hin zunehmenden axialen Höhe ausgebildet sein, um der Expansion zusätzlich Rechnung zu tragen.
Gleichzeitig ermöglicht der mit der Ringkammer verbundene Austragskanal ein kontinuierliches Abziehen des Mikrogranulates, wobei auch im Austragskanal eine kontinuierliche Strömung aufrechterhalten wird und Rückströmungen vermieden werden.
In vorteilhafter Weise ist die Ringkammer kreisringförmig und konzentrisch zur Auslauföffnung des Schlackentundish angeordnet, wodurch noch bessere Strömungsbedingungen innerhalb der Ringkammer aufrechterhalten werden können. Um ein besonders gleichmässiges und kontinuierliches Austragen des Granulates aus der Expansions- bzw. Kühlkammer zu ermöglichen, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass der Austragskanal die Ringkammer umgibt und einen über den Umfang der Kammer zunehmenden Querschnitt aufweist. Auf diese Art und Weise schliesst der Austragskanal unmittelbar an den Aussenumfang der Ringkammer an, wobei der über den Umfang der Kammer zunehmende Querschnitt des Austragskanales der über den Umfang zunehmenden Austragsmenge Rechnung trägt.
Dadurch kann im Austragskanal eine über den gesamten Umfang gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten werden. In besonders bevorzugter Weise ist der Austragskanal dabei schnecken- bzw. spiralförmig angeordnet. Am austragsseitigen Ende des Austragskanales kann ein Mikrogranulatabscheider und ein Brüdenkondensator angeschlossen sein. Im Granulatabscheider wird das aus dem Austragskanal abgeförderte Granulat vom Treibmedium abgetrennt, wobei das Treibmedium dem Brüdenkondensator zugeführt werden kann.
Um die Kühl- bzw. Expansionskammer noch wirkungsvoller von Wirbelströmungen freizuhalten, ist die Ausbildung in vorteilhafter Weise so getroffen, dass in der Ringkammer Leitflächen angeordnet sind. Derartige Leitflächen ermöglichen eine Umlenkung der in radialer Richtung expandierenden Schmelzentröpfchen in den Austragskanal, sodass auch am Übergang zwischen Expansions- bzw. Kühlkammer und Austragskanal gleichmässige Strömungsbedingungen herrschen. Um die Zerkleinerungsleistung weiter zu verbessern, kann hierbei auch so vorgegangen werden, dass die Leitflächen in axialer Richtung der Ringkammer versetzt angeordnet sind. Die in der Ringkammer angeordneten Leitflächen wirken in diesem Falle zusätzlich auch als Strömungshindernisse, welche zusätzliche Scherkräfte auf das zu zerkleinernde Medium ausüben.
In bevorzugter Weise können die Leitflächen auch als von einem Kühlmedium durchflossene Leitkörper ausgebildet sein, sodass die Leitkörper gleichzeitig als Kühlkörper verwendet werden können. Dadurch wird eine besonders wirksame Kühlung der Schmelzetröpfchen erzielt.
Wie bereits erwähnt, erfolgt die Expansion der zerstäubten Tröpfchen in einer Radialebene, sodass die Vorrichtung so ausgebildet sein kann, dass der Durchmesser der Ringkammer grösser ist als deren Höhe, insbesondere ein Vielfaches der Höhe beträgt. Dadurch wird eine sehr geringe Bauhöhe der gesamten Vorrichtung erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Schlackentundish mit 1 bezeichnet, wobei der Flüssigkeitsspiegel einer flüssigen Schlacke bzw. einer Schmelze 2 mit 3 angedeutet ist. In die Schmelze 2 taucht ein Tauchrohr 4 ein, welches, wie mit 5 angedeutet, über eine Ritzel mit einem von einem Motor gebildeten Drehantrieb verbunden sein kann. Durch Rotation des Ritzels 5 wird ein Drehantrieb des Tauchrohres 4 bewirkt. Im Bereich des Ringspaltes zwischen der Unterkante des Tauchrohres 4 und dem Rand der Auslassöffnung 6 wird durch die Rotation eine zusätzliche Verflüssigung der Schmelze 2 bewirkt, wodurch ein überaus dünnwandiger Strahl über die Öffnung 6 austritt. Zur Zerstäubung des Schmelzemantels wird über eine Lanze 7 und eine Düse 8 Treibfluid ausgestossen, wobei der Düsenmündung 8 ein Leitapparat 9 zugeordnet ist, welcher den Treibfluidstrahl in radialer Richtung auslenkt.
Dabei ist der Leitkörper 9 und/oder die Lanze 7 gemäss des Doppelpfeiles 10 in Höhenrichtung verstellbar angeordnet, sodass die Geometrie des austretenden Treibgasstrahles in weiten
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Grenzen einstellbar ist. Bei Ausbildung der Düse 8 als Lavaldüse werden nach dem Austritt des Strahles Überschallgeschwindigkeiten erreicht und aufgrund des Leitkörpers 9 wird eine rasche Verbreiterung des Stahles erzielt, sodass der Treibstrahl mit dem Schlackenmantel kollidiert. Alternativ zu der in Fig. 1 dargestellen Schlitzdüse können auch eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten diskreten Düsen Verwendung finden, wobei am Boden des Düsenkopfes, welcher vom Leitkörper gebildet wird, zusätzlich Leitflächen zur Erzielung einer drallförmigen Strömung angeordnet sein können.
An die Auslauföffnung 6 des Schlackentundish 1 ist nun eine die Auslauföffnung 6 umgebende, sich vom Leitkörper 9 ausgehend radial auswärts erstreckende ringförmige Kühl- bzw. Expansionskammer 11angeschlossen. In dieser Kühl- bzw. Expansionskammer erfolgt eine rasche Expansion der zerstäubten Schmelzepartikel in radialer Richtung, wobei die sich in Expansionsrichtung erweiternde Ringkammer (A2 > A1) die Strömungsverhältnisse begünstigt. Mit 12 sind Kühlelemente angedeutet. Wie sich dabei unmittelbar aus Fig. 1 ergibt, stehen aufgrund der Geometrie der Kühlkammer überaus grosse Kühlflächen zur Verfügung, wobei insbesondere durch die niedrige Bauhöhe ein günstiges Verhältnis von Strahlungskühlfläche zu Ringkammervolumen erreicht wird, sodass die Kühlleistung maximiert werden kann.
Wie in Fig. 2 ersichtlich, sind innerhalb der Kühl- bzw. Expansionskammer 11 Leitflächen 13 angeordnet, welche die erstarrenden und expandierenden Schmelzetröpfchen in einen Austragskanal 14 umlenken. Der Austragskanal 14 weist hierbei einen über den Umfang der Kammer zunehmenden Querschnitt auf, um der sich in Austragsrichtung 15 kummulierenden Austragsmenge Rechnung zu tragen. Wie in Fig. 2 ersichtlich, ist der Austragskanal 14 so angeordnet, dass er die Ringkammer 11 schnecken- bzw. spiralförmig umgibt. An den Austragskanal 14 ist ein Abscheider 16 angeschlossen, aus welchem Mikrogranulat über eine Schleuse 17 abgezogen werden kann.
Weiters ist ein Kondensator 18 angedeutet, in welchen das Treibmedium eingespeist wird.
Insgesamt ergibt sich somit eine Vorrichtung, welche eine extrem kleine Bauhöhe aufweist und darüberhinaus eine äusserst effiziente Zerstäubung von Schmelzen, wie insbesondere Schlackenschmelzen, ermöglicht, wobei störende Rückströmungen wirkungsvoll unterbunden werden.